JP6512879B2 - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は面光源装置および液晶表示装置に関する。

液晶表示装置が備える液晶表示素子は、自ら発光しない。このため、液晶表示装置は、液晶表示素子を照明する光源として、液晶表示素子の背面に面光源装置を備えている。

また、液晶表示素子はカラーフィルタを備えており、連続スペクトルで白色に発光する蛍光ランプからの光のうち、一部の波長の光のみをカラーフィルタによって透過させることによって、赤、緑、青の表示色を抽出し色表現を行っている。このように、連続スペクトルの光源光から一部の波長帯域の光のみを切り出して表示色を得る場合には、色再現範囲を広げるために表示色の色純度を高めようとすると、液晶表示素子に備えるカラーフィルタの透過波長帯域を狭く設定しなければならない。このため、表示色の色純度を高めようとすると、カラーフィルタを透過する光の透過光量が減少して輝度が落ちるという問題が発生する。

こうした問題点の改善策として、近年では波長幅の狭い、すなわち色純度の高い単色のＬＥＤを光源として用いる液晶表示装置が提案されている。単色のＬＥＤを発光源として加色混合で白色までカバーする方式のバックライトは色再現域が広く、高輝度で良質な画像の提供を可能にする。

色再現特性が高く、輝度ムラや色ムラの少ない高品質な面光源装置を、できるだけ少ない光源数かつ、簡潔な構造で実現することで、作製時の作業性がよく、コストを下げることのできる技術開発が望まれている。

例えば、特許文献１では、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの色みをもつＬＥＤを近接させて配置したものを１ユニットとして白色光源を作り、そのユニットをマトリクス状に配置することで、色むらが少なく、かつ色再現域の広い面光源を実現する技術が開示されている。

特開２０１１−２０５１４２号公報

しかしながら、面光源として特許文献１の技術を用いる場合、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの色をもつＬＥＤを近接させて配置するため、１ユニットの白色光源が照射できる範囲が限られる。そのため多数のＬＥＤ光源が必要となる。また、特許文献１においては、多数のユニットのそれぞれに対して射出光を屈折させる部材を取り付ける。このように、製造手順および製造コストの増大につながる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、色純度の高い単色ＬＥＤを複数個用いた場合にも、簡素な構成で効率良く面状の光を得るための面光源装置と、その面光源装置を搭載し、高品質な画像を表示することが可能な液晶表示装置の提供を目的とする。

本発明に係る面光源装置は、異なる色の光を発する複数種類の光源と、光入射面から入射する複数種類の光源が発する光を面状の光に変換する複数の導光棒と、複数種類の光源および並列に配置された複数の導光棒が収納され、面状の光が射出する側が開口された、箱状の反射面と、を備え、導光棒の光入射面は、導光棒が延在する方向に沿った面であり、導光棒は、光入射面に設けられる複数の凸状体と、複数の凸状体の頂面に設けられる第１の凹部と、複数の凸状体の頂面または側面の少なくとも一方に設けられる第１のプリズム構造部と、光入射面と対向する光出射面に第１の凹部に対向して設けられる複数の第２の凹部と、光入射面および光出射面に接し、かつ、導光棒の延在する方向に沿った、対向する２つの面に設けられる複数の第２のプリズム構造部と、を備え、複数種類の光源のそれぞれは、第１の凹部の内側に、１つの第１の凹部に対して１つの割合で配置され、第２の凹部は、第１の凹部に対して導光棒が延在する方向に対称な曲線状の断面を有する。

導光棒の光入射面に複数の凸状体を設け、各凸状体に第１の凹部を設けてその内側に、１つの第１の凹部に対して１つの割合で光源を配置することで、光源からの光を導光棒の内部に効率的に導くことができる。また、各第１の凹部に対向して第２の凹部９を設けることにより、光入射面から導光棒に入射した光線を導光棒の延在方向に向けて反射することができる。つまり、光源からの光を、導光棒の内部を全反射しながら伝搬する伝搬光とすることができる。

さらに、複数の第２のプリズム構造部を設けることにより、導光棒の内部を全反射しながら伝搬する伝搬光を、導光棒の外部に射出することができる。また、凸状体の頂面もしくは側面の少なくとも一方に第１のプリズム構造部を設けることにより、凸状体８の側面から出射する光を広い範囲に拡散させることができる。

以上から、導光棒は長方形状の均一な輝度分布を生成することが可能である。よって、均一な輝度分布を生成可能な導光棒を複数並べることにより、均一な輝度分布をもった面光源装置を得ることが可能である。

また、光源からの光を導光棒全体に伝搬させ、長手方向に伸長させ、かつ短手方向にも広く伸長させて用いているため、少ない光源数で広範囲を照射することが可能である。その結果、少数の導光棒で面光源を作成可能となるため、バックライト用の部材を減らすことができる。

実施の形態１に係る液晶表示装置の断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の平面図である。 実施の形態１に係る導光棒の斜視図である。 実施の形態１に係る導光棒の部分的な断面図および底面図である。 実施の形態１に係る導光棒の部分的な断面図および底面図である。 実施の形態１に係る導光棒の部分的な断面図および底面図である。 実施の形態１に係る導光棒の第１、第２の凹部における光の経路を説明する図である。 実施の形態１に係る導光棒の第１の凹部および第２のプリズム構造部における光の経路を説明する図である。 第１のプリズム構造部を備えない導光棒における光の散乱を説明する図である。 実施の形態１に係る導光棒の第１のプリズム構造部における光の散乱を説明する図である。 実施の形態２に係る導光棒の斜視図である。 実施の形態３に係る導光棒の斜視図である。 実施の形態４に係る導光棒の斜視図である。 実施の形態５に係る導光棒の斜視図である。

＜始めに＞
本願出願人による先願である特願２０１４−１６７２０７（平成２６年８月２０日出願）には、拡散材入りの導光棒と反射バーを用いて、光源からの光を拡散し、面状光を得る技術が開示されている。単色の色みをもつ複数の光源からの光を拡導光棒に入射し、投射面側に積極的に射出した後、導光棒の真上に存在する反射バーによって面光源装置底面の反射シートに反射することで、導光棒の短手方向にも光源からの光を拡げることが可能である。さらにどの光源からの光も反射バーの同一の平面により反射するため、この過程で混色することができる。

このような導光棒と反射バーを並べることによって、複数種類の色みをもつ光源からの光を混色させた、面状の照明光へと変化させる面光源装置が実現できる。

しかしながら、上述した特願２０１４−１６７２０７に記載の面光源装置は、導光棒から拡散板方向、面光源の投射面へと向かう多くの光は反射バーによって反射される。そのため面光源装置内での光の反射回数が増え、反射バー、反射シートで反射が起こるたびに、少量ではあるが光が吸収されるため、効率が低下する。その結果、反射バー、反射シートによる反射回数の増加は光の損失となり、面光源の輝度の低下につながる。そのため、光源からの光はできるだけ少ない反射回数で投射面へと導光するのが望ましい。上記課題を解決する本発明の実施形態を以下で説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１における液晶表示装置１００（面光源装置５００を含む）の一例の構成を概略的に示す断面図である。図２は、面光源装置５００の平面図である。図２中の線分ＡＢにおける断面が図１に対応する。図２においては、図の見易さのために、導光棒６と第１、第２の光源４，５以外の記載を省略している。図３は、本実施の形態１における導光棒６の斜視図である。

図１に示すように、液晶表示装置１００は、透過型の液晶パネル１、第１の光学シート２、第２の光学シート３および面光源装置５００を備える。面光源装置５００は、第２の光学シート３および第１の光学シート２を通して液晶パネル１の背面１ｂに光を照射する。

面光源装置５００は、複数の第１の光源４と、複数の第２の光源５と、複数の導光棒６と、反射面７とを備える。第１の光源４は例えば青色ＬＥＤである。第２の光源５は、第１の光源４と異なる色の光を発する。第２の光源５は例えば緑色ＬＥＤである。導光棒６は、光入射面６１から入射する第１、第２の光源４，５が発する光を面状の光に変換する。

反射面７は箱状である。箱状の反射面７は、複数の第１、第２の光源４，５および並列に配置された複数の導光棒６を収納する。反射面７において、面状の光が射出する側が開口されている。

図１に示すように、液晶パネル１、第１の光学シート２、第２の光学シート３、面光源装置５００は、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向にこの順に配置されている。

導光棒６は、透明樹脂（例えばアクリル、ポリカーボネートなど）を材料とする棒状の部材である。導光棒６は、第１、第２の光源４，５からの光の一部を全方位に拡散させつつ、その他の光を光の全反射により導光棒６内部に伝搬させ、単色である複数のＬＥＤの光を混合する。ここでいう混合とは、入射位置の異なるそれぞれの光源からの光線の、液晶パネル１の背面１ｂへと到達した際における輝度分布が、ある程度均一化することを指す。

導光棒６は、複数の凸状体８と、複数の第１の凹部８ａと、複数の第２の凹部９と、複数の第１のプリズム構造部１１と、複数の第２のプリズム構造部１０とを備える。

導光棒６の光入射面６１は、導光棒６が延在する方向に沿った面である。複数の凸状体８は光入射面６１に設けられる。凸状体８の頂面には、第１の凹部８ａが設けられる。第１の凹部８ａの内側には、第１の光源４または第２の光源５が配置される。

第１の凹部８ａで、第１、第２の光源４，５を覆うことにより、光源から出射する光を効率的に導光棒６内部へ取り込むことが可能である。また、導光棒６に取り込まれた光は、導光棒６の内部で全反射を繰り返すため、導光棒６の端にまで第１、第２の光源４，５からの光が伝搬する。

図４（ａ），（ｂ）は導光棒６の部分的な断面図および底面図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、第１の凹部８ａは、円錐形状である。第１の凹部８ａは、光源からの光を全方位へと拡散させる。また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１の凹部８ａは円柱の上に円錐を積み重ねた形状であってもよい。また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、第１の凹部８ａは四角柱の上に円錐を積み重ねた形状であってもよい。

図１および図３に示すように、複数の第２の凹部９は、光入射面６１と対向する光出射面６２に、第１の凹部８ａに対向して設けられる。第２の凹部９は、第１の凹部８ａに対して導光棒６の長手方向（ｘ方向）に対称な曲線状の断面を有する。

図７は、導光棒６の第１、第２の凹部８ａ，９における光の経路を説明する図である。図７に示すように、第１、第２の凹部８ａ，９を設けることにより、光源が発する光線のうち、発散角の小さい光線１２が光源の直上に抜けることが軽減される。発散角の小さい光線１２を、左右に均等な光量で導光棒６内部へと伝搬させることが可能となる。

図２および図３に示すように、複数の第２のプリズム構造部１０は、光入射面６１および光出射面６２に接し、かつ、導光棒６の延在する方向（ｘ方向）に沿った、対向する２つの面に設けられる。第２のプリズム構造部１０は、導光棒６内に取り込まれた光線の全反射条件を意図的に崩し、導光棒６の外部に光線を射出するために設けられる。

第２のプリズム構造部１０は、導光棒６内を全反射により伝搬する光線の角度を変化させる。つまり、第２のプリズム構造部１０の配置および形状によって、導光棒６の長手方向（ｘ方向）において、導光棒６内部を伝搬する光の導光棒６外への光射出量と、光射出位置を制御することができる。

図８は、導光棒６の第１の凹部８ａおよび第２のプリズム構造部１０における光の経路を説明する図である。図８に示すように、第２のプリズム構造部１０を設けることにより、光源からの光をｙ方向へ積極的に射出することができる。つまり、第２のプリズム構造部１０を設けることにより、液晶パネル１の背面１ｂに光を照射する際、導光棒６の長手方向であるｘ方向だけでなく、短手方向であるｙ方向にも光を拡げることができる。

図３に示すように、第２のプリズム構造部１０は、導光棒６の側面に対して凹形状の三角柱である。図３中の拡大図に示すように、第２のプリズム構造部１０において、面１０ａがｘｚ平面となす角度θａは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。また、面１０ｂがｘｚ平面となす角度θｂは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。導光棒６の内部を−ｘ方向に伝搬する光が、第２のプリズム構造部１０の面１０ａで反射することにより、導光棒６の外部に光線が射出される。同様に、導光棒６の内部を＋ｘ方向に伝搬する光が、第２のプリズム構造部１０の面１０ｂで反射することにより、導光棒６の外部に光線が射出される。

図３に示すように、複数の凸状体８のそれぞれにおいて、第１のプリズム構造部１１が設けられる。第１のプリズム構造部１１は、凸状体８の±ｙ方向側の対向する２つの側面に設けられる。第１のプリズム構造部１１は、ｘ方向に延在する三角柱の繰り返し構造である。図３中の拡大図に示すように、第１のプリズム構造部１１を構成するそれぞれの三角柱において、面１１ａ面がｘｚ平面となす角度θａは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。また、面１１ｂがｘｚ平面となす角度θｂは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。

図９は、導光棒６が凸状体８の側面に第１のプリズム構造部１１を備えない場合における光線の経路を示す図である。図１０は、導光棒６が凸状体８の側面に第１のプリズム構造部１１を備える場合における光線の経路を示す図である。図９においては、光線１３が導光棒６の外に拡散する際、凸状体８の平坦な側面により屈折し、ｚ方向側に向けて射出される。一方、図１０においては、光線１３は導光棒６の側面に設けられた第１のプリズム構造部１１において、出射する際の屈折角が大きくなり、±ｙ方向側に向けて射出される。つまり、第１のプリズム構造部１１を設けることにより、光源から射出される光をｙ方向に広げて、投射面における輝度をより均一化することが可能である。

なお、導光棒６の光入射面６１にも第２のプリズム構造部１０を設けてもよい。さらに、第２のプリズム構造部１０は、連続して複数個並べてもよい。また、第２のプリズム構造部１０は導光棒６の側面を貫通している必要はない。

また、第１、第２の光源４，５の光を導光棒６内部へ入射させるための構造である凸状体８は、導光棒６の光入射面６１のどの位置に配置してもよい。

また、第２のプリズム構造部１０は、導光棒６に対して凸構造であってもよい。さらに、第２のプリズム構造部１０の形状は三角柱だけでなく、四角錐でもよい。

また、本実施の形態１では、第１のプリズム構造部１１を、凸状体８の側面のうち±ｙ方向に面した対向する２つの側面に設けた。さらに、凸状体８の側面のうち±ｘ方向に面した対向する２つの側面にも第１のプリズム構造部１１を設けてもよい。また、第１のプリズム構造部１１の形状は三角柱だけでなく、四角錐を並べた形状でもよい。

また、第１、第２のプリズム構造部１１，１０における三角柱の構造の大きさは任意に変えることができる。１つ１つの三角柱ごとに、その大きさや角度θａ，θｂが異なってもよい。

また、本実施の形態１において、第１、第２の光源４，５はＬＥＤであるとしたが、例えば、第１の光源４をＬＥＤ、第２の光源５をレーザダイオードとするなど、発光特性の異なる光源としてもよい。

また、１本の導光棒６に対する光源は、２種類（２色）以上設置してもよい。また、一本の導光棒６に対する光源の個数は２つや３つ以上でもよい。

面光源装置５００に配置される複数の導光棒６は、必要となる輝度や面光源の大きさに応じて個数を変更することが可能である。

＜効果＞
本実施の形態１における面光源装置５００は、異なる色の光を発する複数種類の光源（第１、第２の光源４，５）と、光入射面６１から入射する複数種類の光源が発する光を面状の光に変換する複数の導光棒６と、複数種類の光源および並列に配置された複数の導光棒６が収納され、面状の光が射出する側が開口された、箱状の反射面７と、を備え、導光棒６の光入射面６１は、導光棒６が延在する方向（ｘ方向）に沿った面であり、導光棒６は、光入射面６１に設けられる複数の凸状体８と、複数の凸状体８の頂面に設けられる第１の凹部８ａと、複数の凸状体８の頂面もしくは側面の少なくとも一方に設けられる第１のプリズム構造部１１と、光入射面６１と対向する光出射面６２に第１の凹部８ａに対向して設けられる複数の第２の凹部９と、光入射面６１および光出射面６２に接し、かつ、導光棒６の延在する方向に沿った、対向する２つの面に設けられる複数の第２のプリズム構造部１０と、を備え、複数種類の光源のそれぞれは、第１の凹部８ａの内側に配置され、第２の凹部９は、第１の凹部８ａに対して導光棒６が延在する方向（ｘ方向）に対称な曲線状の断面を有する。

従って、導光棒６の光入射面６１に複数の凸状体８を設け、各凸状体８に第１の凹部８ａを設けてその内側に光源を配置することで、光源からの光を導光棒６の内部に効率的に導くことができる。また、第１の凹部８ａに対して導光棒６が延在する方向（ｘ方向）に対称な曲線状の断面を有する、第２の凹部９を設けることにより、光入射面６１から導光棒６に入射した光線を導光棒６の延在方向に向けて反射することができる。つまり、光源からの光を、導光棒６の内部を全反射しながら伝搬する伝搬光とすることができる。

さらに、複数の第２のプリズム構造部１０を設けることにより、導光棒６の内部を全反射しながら伝搬する伝搬光を、導光棒６の外部に射出することができる。また、凸状体８の側面に第１のプリズム構造部１１を設けることにより、凸状体８の側面から出射する光を広い範囲に拡散させることができる。

以上のように、本実施の形態１において、各導光棒６は長方形状の均一な輝度分布を生成することが可能である。よって、均一な輝度分布を生成可能な導光棒６を複数並べることにより、均一な輝度分布をもった面光源装置を得ることが可能である。さらに、第１、第２の光源４，５が光入射面６１のどの位置に存在しても、第１、第２のプリズム構造部１１，１０の形状、配置を調整することにより、各光源からの光による導光棒６出射時の輝度分布をほぼ同等に分布させることが可能であるため、色むらが発生しにくい。かつ、それぞれの光源は単色であるため、色再現範囲も広く保つことができる。

また、光源からの光を導光棒全体に伝搬させ、長手方向に伸長させ、かつ短手方向にも広く伸長させて用いているため、少ない光源数で広範囲を照射することが可能である。その結果、少数の導光棒６で面光源を作成可能となるため、バックライト用の部材を減らすことができる。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第１の凹部８ａは、円錐を含む形状である。

従って、第１の凹部８ａを円錐形状とすることにより、光源からの光を全方位へと拡散させることが可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第２のプリズム構造部１０は三角柱である。

従って、三角柱を構成する面の角度を変化させることにより、導光棒６から出射する光線の角度を調整することが可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第２のプリズム構造部１０は四角錐であってもよい。

従って、四角錐の形状を変化させることにより、導光棒６から出射する光線の角度を調整することが可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第２のプリズム構造部１０は凹形状である。

従って、第２のプリズム構造部１０を導光棒６に対して凹形状とすることにより、導光棒６の内部を伝搬する光線を効率的に反射することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第２のプリズム構造部１０は凸形状であってもよい。

従って、第２のプリズム構造部１０を導光棒６に対して凸形状としても、導光棒６の内部を伝搬する光線を反射することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第２のプリズム構造部１０は、導光棒６の光入射面６１にも設けてもよい。

従って、第２のプリズム構造部１０を、導光棒６の光入射面６１にも設けることにより、導光棒６の内部を全反射しながら伝搬する伝搬光を、導光棒６の外部に効率的に射出することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１は、凸状体８の側面のうち向かい合う２つの側面に設けられる。

従って、例えば、導光棒６の延在方向と直交する２つの側面に第１のプリズム構造部１１を設けることにより、導光棒６の延在する方向だけでなく、導光棒６の幅方向にも光を拡散させることが可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１は、凸状体８の側面のうちすべての面に設けられてもよい。

従って、凸状体８のすべての側面に第１のプリズム構造部１１を設けることにより、光源から出射される光をより広い範囲に拡散することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１は、導光棒６の延在する方向に延在する複数の三角柱を含む。

従って、各三角柱を構成する面の角度を変化させることにより、凸状体８の側面から出射する光線の角度を調整することが可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１は複数の四角錐を含んでもよい。

従って、三角柱の代わりに、複数の四角錐を設けた場合であっても、同様の効果を得ることが可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、複数種類の光源（即ち第１、第２の光源４，５）はＬＥＤである。

従って、第１、第２の光源４，５を単色のＬＥＤ光源とすることにより、面光源装置を液晶表示装置のバックライトとして用いた場合、液晶表示装置の色再現範囲を広く保つことができる。

また、本実施の形態１における面光源装置５００において、複数種類の光源の少なくとも１種類の光源はレーザダイオードである。

従って、光源として直進性の高いレーザダイオードを用いた場合であっても、本実施の形態１における導光棒６により、輝度の均一な面状光源を実現することができる。

また、本実施の形態１における液晶表示装置１００は、面光源装置５００と、面光源装置によって照射される光を利用して画像を表示する液晶パネル１と、を備える。

従って、本実施の形態１によれば液晶表示装置１００の表示品質を低下させることなく、面光源装置５００の構成の簡素化が可能である。

＜実施の形態２＞
図１１は、本実施の形態２における導光棒６Ａの斜視図である。本実施の形態２における導光棒６Ａは、実施の形態１における導光棒６の第１のプリズム構造部１１に代えて、第１のプリズム構造部１１Ａを備える。本実施の形態２における第１のプリズム構造部１１Ａ以外の構成は実施の形態１と同じである。

実施の形態１において、第１のプリズム構造部１１は導光棒６が延在する方向（ｘ方向）に延在する三角柱の繰り返し構造であった。一方、本実施の形態２において。第１のプリズム構造部１１Ａは、光入射面６１に垂直方向（ｚ方向）に延在する三角柱の繰り返し構造である。

図１１に示すように、第１のプリズム構造部１１Ａは、凸状体８の±ｙ方向に面した２つの側面に設けられる。第１のプリズム構造部１１Ａはｚ方向に延在する三角柱の繰り返し構造である。図１１中の拡大図に示すように、第１のプリズム構造部１１Ａを構成するそれぞれの三角柱において、面１１Ａａ面がｘｚ平面となす角度θａは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。また、面１１Ａｂがｘｚ平面となす角度θｂは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。

実施の形態１と同様に、面光源装置５００の面状光において色むら、輝度むらを低減するためには、光源からの光を可能な限り導光棒６の内部に取り込み、伝搬させ、各光源からの光の輝度分布ができるだけ同じ分布となるように導光棒６外に出射することが好ましい。しかしながら、導光棒６内部に取り込まれず直接的な光として投射面へと到達する光も存在する。このような光についても、光源の位置によって偏りのない輝度分布となるように制御することが必要となる。

本実施の形態２では、第１のプリズム構造部１１Ａを設けることにより、導光棒６Ａの凸状体８におけるｘｚ面内から射出する光の発散角が大きくなり、より遠くへ光を発散させることができるため、投射面での輝度むらを抑制する効果がある。

また、第１のプリズム構造部１１Ａは、凸状体８の±ｙ方向側の側面だけでなく、±ｘ方向側の側面に設けてもよい。さらに、第１のプリズム構造部１１Ａの形状は三角柱形状だけでなく、四角錐の繰り返しでもよい。

また、第１のプリズム構造部１１Ａにおける三角柱の構造の大きさは任意に変えることができ、１つ１つの三角柱の大きさや角度が違ってもよい。

＜効果＞
本実施の形態２における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１Ａは、光入射面６１に垂直な方向に延在する複数の三角柱を含む。

従って、本実施の形態２では、導光棒６Ａの凸状体８の側面に第１のプリズム構造部１１Ａを設けることにより、側面から射出する光の発散角が大きくなる。よって、投射面における輝度むらを抑制する効果がある。つまり、導光棒６Ａは長方形状の均一な輝度分布を生成することが可能となる。均一な輝度分布を生成可能な複数の導光棒６Ａを並べた面光源装置５００は、均一な輝度分布をもった面光源として扱うことができる。さらに、光源がどの位置に存在しても、第１、第２のプリズム構造部１１Ａ，１０の形状および配置を調整することにより、導光棒６Ａから出射する各光源からの光の輝度分布をほぼ同等に分布させることが可能である。よって、色むらを抑制した面状光を得ることが可能である。

＜実施の形態３＞
図１２は、本実施の形態３における導光棒６Ｂの斜視図である。本実施の形態２における導光棒６Ｂは、実施の形態１の導光棒６の第１のプリズム構造部１１に代えて、第１のプリズム構造部１１Ｂを備える。本実施の形態２における第１のプリズム構造部１１Ｂ以外の構成は実施の形態１と同じである。

第１のプリズム構造部１１Ｂは凸状体８の頂面（即ち、凸状体８の−ｚ方向側に面した面）に設けられる。第１のプリズム構造部１１Ｂは、ｘ方向に延在する複数の三角柱からなる。図１２中の拡大図に示すように、第１のプリズム構造部１１Ｂを構成するそれぞれの三角柱において、面１１Ｂａ面がｘｙ平面となす角度θａは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。また、面１１Ｂｂがｘｙ平面となす角度θｂは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。

実施の形態１と同様に、面光源装置の面状光において色むら、輝度むらを低減するためには、光源からの光を可能な限り導光棒６の内部に取り込み、伝搬させ、各光源からの光の輝度分布ができるだけ同じ分布となるように導光棒６Ｂ外に出射することが好ましい。さらに、導光棒６Ｂ内部に取り込まれ、かつ凸状体８の頂面に伝搬してくる光は、凸状体８の近隣に射出されやすく、輝度むらの原因になりやすい。

そこで、本実施の形態３では凸状体８の頂面に第１のプリズム構造部１１Ｂを設けた。第１のプリズム構造部１１Ｂを設けることにより、凸状体８の頂面に入射し、全反射して導光棒６内部に伝搬する光線、もしくは、凸状体８の頂面を透過して反射面７に反射してから導光棒６Ｂの外部に射出される光線のｙｚ面内での方向を制御することができる。

つまり、導光棒６Ｂの凸状体８の頂面に反射した後ｘｚ面内もしくはｙｚ面内から射出する光の発散角が大きくなり、より遠くへ光を発散させることができ、輝度分布が偏らないため、強度の高い直接光による投射面での輝度むらを抑制する効果がある。

また、第１のプリズム構造部１１Ｂの形状は三角柱形状だけでなく、四角錐の繰り返しでもよい。また、第１のプリズム構造部１１Ｂにおける三角柱の構造の大きさは任意に変えることができ、１つ１つの三角柱の大きさや角度が違ってもよい。

＜効果＞
本実施の形態３における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１Ｂは、凸状体８の頂面に設けられる。

従って、凸状体８の頂面に第１のプリズム構造部１１Ｂを設けることにより、凸状体８の頂面に反射した後、凸状体８の側面から射出する光の発散角が大きくなる。よって、投射面における輝度むらを抑制する効果がある。つまり、導光棒６Ｂは長方形状の均一な輝度分布を生成することが可能となる。均一な輝度分布を生成可能な複数の導光棒６Ｂを並べた面光源装置５００は、均一な輝度分布をもった面光源として扱うことができる。さらに、光源がどの位置に存在しても、第１、第２のプリズム構造部１１Ｂ，１０の形状および配置を調整することにより、導光棒６Ｂから出射する各光源からの光の輝度分布をほぼ同等に分布させることが可能である。よって、色むらを抑制した面状光を得ることが可能である。

また、本実施の形態３における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１Ｂは、導光棒６Ｂの延在する方向に延在する複数の三角柱を含む。

従って、各三角柱を構成する面の角度を変化させることにより、導光棒６Ｂから出射する光線の角度を調整することが可能である。

＜実施の形態４＞
図１３は、本実施の形態４における導光棒６Ｃの斜視図である。本実施の形態４における導光棒６Ｃは、実施の形態１の導光棒６の第１のプリズム構造部１１に代えて、第１のプリズム構造部１１Ｃをさらに備える。本実施の形態４において、第１のプリズム構造部１１Ｃ以外の構成は実施の形態１と同じである。

本実施の形態４において、第１のプリズム構造部１１Ｃは凸状体８の頂面に設けられる。第１のプリズム構造部１１Ｃは、ｙ方向に延在する三角柱の繰り返し構造である。図１２中の拡大図に示すように、第１のプリズム構造部１１Ｃを構成するそれぞれの三角柱において、面１１Ｃａ面がｘｙ平面となす角度θａは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。また、面１１Ｃｂがｘｙ平面となす角度θｂは、０°より大きく、９０°より小さい範囲である。

実施の形態１と同様に、面光源装置の面状光において色むら、輝度むらを低減するためには、光源からの光を可能な限り導光棒６の内部に取り込み、伝搬させ、各光源からの光の輝度分布ができるだけ同じ分布となるように導光棒６外に出射することが好ましい。さらに、導光棒６Ｃ内部に取り込まれ、かつ凸状体８の頂面に伝搬してくる光は、凸状体８の近隣に射出されやすく、輝度むらの原因になりやすい。

そこで、本実施の形態４では凸状体８の頂面に第１のプリズム構造部１１Ｃを設けた。第１のプリズム構造部１１Ｃを設けることにより、凸状体８の頂面に入射し、全反射して導光棒６Ｃ内部に伝搬する光線、もしくは、凸状体８の頂面を透過して反射面７に反射してから導光棒６Ｃの外部に射出される光線のｙｚ面内での方向を制御することができる。

つまり、導光棒６Ｃの凸状体８の頂面に反射した後、±ｙ方向側の側面もしくは±ｘ方向側の側面から射出する光の発散角が大きくなり、より遠くへ光を発散させることができ、輝度分布が偏らないため、強度の高い直接光による投射面での輝度むらを抑制する効果がある。

また、第１のプリズム構造部１１Ｃの形状は三角柱形状だけでなく、四角錐の繰り返しでもよい。また、第１のプリズム構造部１１Ｃにおける三角柱の構造の大きさは任意に変えることができ、１つ１つの三角柱の大きさや角度が違ってもよい。

＜効果＞
本実施の形態４における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１Ｃは、凸状体８の頂面に設けられる。

従って、凸状体８の頂面に第１のプリズム構造部１１Ｃを設けることにより、凸状体８の頂面に反射した後、凸状体８の±ｙ方向側の側面もしくは±ｘ方向側の側面から射出する光の発散角が大きくなる。よって、投射面における輝度むらを抑制する効果がある。つまり、導光棒６Ｃは長方形状の均一な輝度分布を生成することが可能となる。均一な輝度分布を生成可能な複数の導光棒６Ｃを並べた面光源装置５００は、均一な輝度分布をもった面光源として扱うことができる。さらに、光源がどの位置に存在しても、第１、第２のプリズム構造部１１Ｃ，１０の形状および配置を調整することにより、導光棒６Ｃから出射する各光源からの光の輝度分布をほぼ同等に分布させることが可能である。よって、色むらを抑制した面状光を得ることが可能である。

また、本実施の形態４における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１Ｃは、導光棒６Ｃの延在する方向と直交する方向に延在する複数の三角柱を含む。

従って、各三角柱を構成する面の角度を変化させることにより、導光棒６Ｃから出射する光線の角度を調整することが可能である。

＜実施の形態５＞
図１４は、本実施の形態５における導光棒６Ｄの斜視図である。本実施の形態５における導光棒６Ｄは、実施の形態１の導光棒６の第１のプリズム構造部１１に代えて、第１のプリズム構造部１１Ｄを備える。本実施の形態５において、第１のプリズム構造部１１Ｂ以外の構成は実施の形態１と同じである。

第１のプリズム構造部１１Ｄは、凸状体８の±ｙ方向に面した対向する２つの側面に設けられる。第１のプリズム構造部１１Ｄは、第１、第２領域１１Ｄａ，１１Ｄｂから構成される。第１領域１１Ｄａは、導光棒６Ｄの延在する方向（ｘ方向）に延在する複数の三角柱から構成される。第２領域１１Ｄｂは、導光棒６Ｄの光入射面６１に垂直な方向（ｚ方向）に延在する複数の三角柱から構成される。２つの第１領域１１Ｄａの間に第２領域１１Ｄｂが挟まれている。

実施の形態１と同様に、面光源装置５００において色むら、輝度むらを低減するためには、第１、第２の光源４，５から出射される光が単色であるため、可能な限り導光棒内に光線を取り込み、伝搬させ、各光源からの光の輝度分布ができるだけ同じ分布となるように導光棒外に出射することが好ましい。導光棒内に取り込まれず直接的な光として投射面へと到達する光についても、光源の位置によって偏りのない輝度分布に制御することが必要となる。

第１、第２領域１１Ｄａ，１１Ｄｂからなる第１のプリズム構造部１１Ｄを凸状体８の側面に設けることにより、凸状体８の側面から導光棒６Ｄの外部に射出される光線のｙｚ面内での方向を制御することができる。また、凸状体８の側面から導光棒６Ｄの外部に射出される光線のｘｙ面内での方向も制御することができる。

よって、凸状体８の頂面において反射した後凸状体８の側面から射出する光の発散角が大きくなり、より遠くへ光を発散させることができる。発散光の輝度分布が偏らないため、強度の高い直接光による投射面での輝度むらを抑制する効果がある。

また、第１のプリズム構造部１１Ｄは、凸状体８の±ｙ方向側の側面だけでなく、±ｘ方向側の側面に設けてもよい。さらに、凸状体８の頂面に第１のプリズム構造部１１Ｄを設けてもよい。この場合、第１のプリズム構造部１１Ｄは、第１の凹部８ａの開口を避けて設けられる。

さらに、第１のプリズム構造部１１Ｄの形状は三角柱形状だけでなく、四角錐の繰り返しでもよい。

また、第１のプリズム構造部１１Ｄにおける三角柱の構造の大きさは任意に変えることができ、１つ１つの三角柱の大きさや角度が違ってもよい。

また、第１のプリズム構造部１１Ｄにおいて、第１領域１１Ｄａと第２領域１１Ｄｂの面積の割合は、目指す輝度分布に応じて任意で変更可能である。

＜効果＞
本実施の形態５における面光源装置５００において、第１のプリズム構造部１１Ｄは、延在する方向の異なる複数の三角柱を含む。

従って、凸状体８の側面において、同一面内に延在方向の異なる複数の三角柱を設けることにより、側面を通過する光の発散方向の偏りを低減させることができる。よって、投射面における輝度むらを抑制する効果がある。つまり、導光棒６Ｄは長方形状の均一な輝度分布を生成することが可能となる。均一な輝度分布を生成可能な複数の導光棒６Ａを並べた面光源装置５００は、均一な輝度分布をもった面光源として扱うことができる。さらに、光源がどの位置に存在しても、第１、第２のプリズム構造部１１Ｄ，１０の形状および配置を調整することにより、導光棒６Ａから出射する各光源からの光の輝度分布をほぼ同等に分布させることが可能である。よって、色むらを抑制した面状光を得ることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 液晶パネル、１ａ 映像表示面、１ｂ 背面、２ 第１の光学シート、３ 第２の光学シート、４ 第１の光源、５ 第２の光源、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 導光棒、６１ 光入射面、６２ 光出射面、７ 反射面、８ 凸状体、８ａ 第１の凹部、９ 第２の凹部、１０ 第２のプリズム構造部、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 第１のプリズム構造部、１２，１３ 光線、１００ 液晶表示装置、５００ 面光源装置。

Claims (21)

1. 異なる色の光を発する複数種類の光源と、
   光入射面から入射する前記複数種類の光源が発する光を面状の光に変換する複数の導光棒と、
   前記複数種類の光源および並列に配置された前記複数の導光棒が収納され、前記面状の光が射出する側が開口された、箱状の反射面と、
   を備え、
   前記導光棒の前記光入射面は、当該導光棒が延在する方向に沿った面であり、
   前記導光棒は、
   前記光入射面に設けられる複数の凸状体と、
   前記複数の凸状体の頂面に設けられる第１の凹部と、
   前記複数の凸状体の頂面または側面の少なくとも一方に設けられる第１のプリズム構造部と、
   前記光入射面と対向する光出射面に前記第１の凹部に対向して設けられる複数の第２の凹部と、
   前記光入射面および前記光出射面に接し、かつ、前記導光棒の延在する方向に沿った、対向する２つの面に設けられる複数の第２のプリズム構造部と、
   を備え、
   前記複数種類の光源のそれぞれは、前記第１の凹部の内側に、１つの前記第１の凹部に対して１つの割合で配置され、
   前記第２の凹部は、前記第１の凹部に対して前記導光棒が延在する方向に対称な曲線状の断面を有する、
   面光源装置。
2. 前記第１の凹部は、円錐を含む形状である、
   請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第２のプリズム構造部は三角柱である、
   請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記第２のプリズム構造部は四角錐である、
   請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
5. 前記第２のプリズム構造部は凹形状である、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
6. 前記第２のプリズム構造部は凸形状である、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
7. 前記第２のプリズム構造部は、前記導光棒の前記光入射面にも設けられる、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の面光源装置。
8. 前記第１のプリズム構造部は、前記凸状体の側面のうち向かい合う２つの側面に設けられる、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の面光源装置。
9. 前記第１のプリズム構造部は、前記凸状体の側面のうちすべての面に設けられる、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の面光源装置。
10. 前記第１のプリズム構造部は、前記凸状体の前記頂面に設けられる、
    請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の面光源装置。
11. 前記第１のプリズム構造部は、前記導光棒の延在する方向に延在する複数の三角柱を含む、
    請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の面光源装置。
12. 前記第１のプリズム構造部は、前記入射面に垂直な方向に延在する複数の三角柱を含む、
    請求項８または請求項９に記載の面光源装置。
13. 前記第１のプリズム構造部は、前記導光棒の延在する方向と直交する方向に延在する複数の三角柱を含む、
    請求項１０に記載の面光源装置。
14. 前記第１のプリズム構造部は、延在する方向の異なる複数の三角柱を含む、
    請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の面光源装置。
15. 前記第１のプリズム構造部は複数の四角錐を含む、
    請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の面光源装置。
16. 前記複数種類の光源はＬＥＤである、
    請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の面光源装置。
17. 前記複数種類の光源の少なくとも１種類の光源はレーザダイオードである、
    請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の面光源装置。
18. 請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の面光源装置と、
    前記面光源装置によって照射される光を利用して画像を表示する液晶パネルと、
    を備える、
    液晶表示装置。
19. 異なる色の光を発する複数種類の光源と、
    光入射面から入射する前記複数種類の光源が発する光を面状の光に変換する複数の導光棒と、
    前記複数種類の光源および並列に配置された前記複数の導光棒が収納され、前記面状の光が射出する側が開口された、箱状の反射面と、
    を備え、
    前記導光棒の前記光入射面は、当該導光棒が延在する方向に沿った面であり、
    前記導光棒は、
    前記光入射面に設けられる複数の凸状体と、
    前記複数の凸状体の頂面に設けられる第１の凹部と、
    前記複数の凸状体の頂面または側面の少なくとも一方に設けられる第１のプリズム構造部と、
    前記光入射面と対向する光出射面に前記第１の凹部に対向して設けられる複数の第２の凹部と、
    前記光入射面および前記光出射面に接し、かつ、前記導光棒の延在する方向に沿った、対向する２つの面に設けられる複数の第２のプリズム構造部と、
    を備え、
    前記複数種類の光源のそれぞれは、前記第１の凹部の内側に配置され、
    前記第２の凹部は、前記第１の凹部に対して前記導光棒が延在する方向に対称な曲線状の断面を有し、 前記第１のプリズム構造部は、前記凸状体の側面のうち向かい合う２つの側面に設けられる、
    面光源装置。
20. 異なる色の光を発する複数種類の光源と、
    光入射面から入射する前記複数種類の光源が発する光を面状の光に変換する複数の導光棒と、
    前記複数種類の光源および並列に配置された前記複数の導光棒が収納され、前記面状の光が射出する側が開口された、箱状の反射面と、
    を備え、
    前記導光棒の前記光入射面は、当該導光棒が延在する方向に沿った面であり、
    前記導光棒は、
    前記光入射面に設けられる複数の凸状体と、
    前記複数の凸状体の頂面に設けられる第１の凹部と、
    前記複数の凸状体の頂面または側面の少なくとも一方に設けられる第１のプリズム構造部と、
    前記光入射面と対向する光出射面に前記第１の凹部に対向して設けられる複数の第２の凹部と、
    前記光入射面および前記光出射面に接し、かつ、前記導光棒の延在する方向に沿った、対向する２つの面に設けられる複数の第２のプリズム構造部と、
    を備え、
    前記複数種類の光源のそれぞれは、前記第１の凹部の内側に配置され、
    前記第２の凹部は、前記第１の凹部に対して前記導光棒が延在する方向に対称な曲線状の断面を有し、
    前記第１のプリズム構造部は、前記凸状体の側面のうちすべての面に設けられる、
    面光源装置。
21. 異なる色の光を発する複数種類の光源と、
    光入射面から入射する前記複数種類の光源が発する光を面状の光に変換する複数の導光棒と、
    前記複数種類の光源および並列に配置された前記複数の導光棒が収納され、前記面状の光が射出する側が開口された、箱状の反射面と、
    を備え、
    前記導光棒の前記光入射面は、当該導光棒が延在する方向に沿った面であり、
    前記導光棒は、
    前記光入射面に設けられる複数の凸状体と、
    前記複数の凸状体の頂面に設けられる第１の凹部と、
    前記複数の凸状体の頂面または側面の少なくとも一方に設けられる第１のプリズム構造部と、
    前記光入射面と対向する光出射面に前記第１の凹部に対向して設けられる複数の第２の凹部と、
    前記光入射面および前記光出射面に接し、かつ、前記導光棒の延在する方向に沿った、対向する２つの面に設けられる複数の第２のプリズム構造部と、
    を備え、
    前記複数種類の光源のそれぞれは、前記第１の凹部の内側に配置され、
    前記第２の凹部は、前記第１の凹部に対して前記導光棒が延在する方向に対称な曲線状の断面を有し、
    前記第１のプリズム構造部は、前記凸状体の前記頂面に設けられる、
    面光源装置。

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